第四章 蛋白质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章食品中的蛋 白 质,食品蛋白质定义,凡是可供食用、易消化、无毒和可被人体吸收利用的蛋白质统称为,食品蛋白质,。,食品蛋白质的特点,易于消化；,无毒；,富有营养；,显示功能特性；,来源丰富。,第一节 蛋白质的分子组成,一、蛋白质的元素组成,蛋白质组成元素主要有,C,、,H,、,O,、,N,和少量,S,，,有些还含有,P,、,Fe,、,Cu,、,Zn,、,Ca,等矿物质元素。,二、组成蛋白质分子的基本单位,-,氨基酸,蛋白质分子的基本组成单位是,氨基酸,，氨基酸是指一类分子中既有氨基又有羧基的一类化合物（,RCHNH,2,COOH,）。,组成蛋白质的氨基酸有,20,种，,都是,-,氨基酸。,（一） 氨基酸的分类,-,从食品营养学角度分,1,、必需氨基酸,体内不能自由合成，必须由食物供给。此类氨基酸对成人讲,共,8,种,：,Met、,Trp,、Lys 、Val、Ile、,Leu,、,Phe,、,Thr,。,对于婴儿，除以上,8,种外，组氨酸也是必需的。,2,、非必需氨基酸,在体内能够合成的氨基酸，共有,12,种，它们是,Glu,、,His,、,Asp,、,Arg,、,Gly,、,Ser,、,Tyr,、,Cys,、,Asn,、,Gln,、,Ala,、,Pro,。,（二）氨基酸的合理营养,各种动物在生长和发育中都需要一定的氨基酸，尤其是,必需氨基酸,。,为了满足机体合成组织细胞蛋白质的需要，,必需氨基酸不但量要充分，而且相互间要有一定的比例。,这是因为只有当食品蛋白质中必需氨基酸的数量和比例,与合成机体所需的必需氨基酸的数量、比例相一致时,，才能最大限度地满足机体需要，只有这样才能称得上是合理营养。这样的蛋白质称为,完全蛋白质,。,（三）氨基酸在食品加工中的作用,氨基酸在食品中有的是,调味剂,，有的是,营养强化剂,，有的起,增香作用,等。,1,、氨基酸的味,大多数氨基酸有味感，在食品中起着甜、酸、苦、鲜等的作用。,氨基酸的,味感与其立体构型有关，,D-,型氨基酸多带有甜味,，甜味最强的是,D-,色氨酸，可达蔗糖的,40,倍；,L-,型氨基酸有,甜、苦、鲜、酸,四种味感。,2,、风味的前体物质之一,氨基酸与糖发生的,美拉德反应,是食品加工产生香气和上色的重要原因，在反应过程中，生成风味物质和类黑精，形成有一定厚度的硬壳。,氨基酸也会加热分解成某些风味物质，或在细菌的分解下产生具有异味的物质，所以,氨基酸是风味的前体物质,，也是腐败菌的营养物质。,三、肽类物质,（一）活性肽的种类,生物活性肽也称作功能肽,，是近年来非常活跃的研究领域，其应用涉及到生物学、医药学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发中也显示出美好的前景。,功能肽按获得途径的差异可分作,两类：,一类是由生物体特别是动物体内获得的,天然功能肽,；,另一类是利用动植物蛋白，通过水解或酶解，再经过活性筛选而获得的,外源性功能肽,。,1,、天然活性肽,目前，由自然界已经获得了种类多样、功能各异的生物活性肽。,活性肽类型,氨基酸数,生理活性,抗菌肽,枯草菌素,乳酸链球菌素,Lactocin,S,橡胶素,神经肽,脑啡肽,-,内啡肽,强啡肽,韩蛙皮素,激素肽及激素调节肽,催产素,促肾上腺皮质激素,加压素,Amylin,免疫活性肽,-,干扰素,白细胞介素,-2,抗癌多肽,肿瘤坏死因子,环己肽,未知,34,33,43,5,16,17,14,9,39,9,37,166-172,133,157-171,6,抑制革兰氏阳性菌,抑制革兰氏阳性菌和乳酸菌,抑制肉毒梭菌、李氏杆菌、金黄色葡萄球菌,抑制含几丁质的真菌,鸦片样生物活性,神经调节,神经条件,神经调节,平滑肌的收缩作用,甾类合成的刺激作用,血管肌的收缩作用,胰岛素拮抗,抗病毒、调节机体免疫反应,T-,细胞激活,抗癌,抗癌,天然活性肽举例,昆虫抗菌肽,迄今为止，已有,150,多种昆虫抗菌肽,被分离鉴定，许多抗菌肽的,cDNA,已被克隆测序并进行了初步的基因定位和表达调控机制研究。,昆虫抗菌肽,已成为当前研究的热点，某些抗菌肽正在通过基因工程技术开始工业化生产并用于农业、工业和食品卫生等多个领域。,昆虫抗菌肽,是一类,碱性多肽,，具有分子量小、水溶性好、热稳定性强、无免疫原性，不易被水解等特性；同时还具有强而广谱的,抗菌、抗癌、抗病毒,的能力，对高等动物机体的正常细胞无损伤。,关于抗菌肽的作用机理,，不同的抗菌肽在其杀菌方式上存在差异。,有的通过,在细菌膜上形成孔道,，造成细胞内物质泄漏进而导致化学势丧失而达到杀菌的效果；,有的能够,干扰一定类型的外膜蛋白基因转录,，使相应蛋白的合成量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，使细菌生长受到抑制。,有些还可能,抑制细菌细胞壁的形成,，使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻等。,感染性疾病,随着抗生素的使用，得到了一定程度的控制，但仍然是人类死亡的一个重要原因。过去的几十年里，耐药性微生物的不断产生和生物耐药性问题的日益恶化，开发新的抗感染药物已成为治疗感染疾病的必由之路。,昆虫抗菌肽,因其独特的抗菌、杀菌效果和良好的应用前景近来成为,抗感染新药开发的热点。,目前国外在抗菌肽临床应用方面进展较快，在流行性脑脊髓炎、人幽门螺旋杆菌感染及抗真菌感染等方面的应用已经进入临床试验阶段。,2,、外源性活性肽,以天然蛋白为原料通过水解或酶解的方法，获得的肽类，从中筛选活性肽，目前已成为,扩大功能肽研究范围,、,发现新型多肽,的有效途径。另外化学合成也为功能肽的获得提供了有效的途径。,目前已有实际应用的外源性功能肽的制备方法有,化学水解法,、,酶水解法,、,合成法,等。,(,二）肽在食品中的应用,营养学研究证明，,功能肽类在人体内的消化吸收明显优于蛋白质和单个氨基酸,，对人体内蛋白质的合成无任何不良影响，而且具有,促进钙吸收、降血压、提高免疫力,等生理功能。,此外，功能肽具有,良好的水合性,，使其溶解度增加，黏度降低、胶凝程度减小，发泡性丧失，具有优良的加工性能。,多肽在食品加工中具有,抑制蛋白质形成凝胶,的性能，可利用此性质来调整食品的质构。如水产、肉、禽蛋白在加热时因形成凝胶而变硬，适量加入,大豆多肽，就会起到软化,的作用。,第二节 蛋白质的性质,蛋白质的理化性质,蛋白质的功能性质,蛋白质的营养性质,一、蛋白质的理化性质,1,、蛋白质变性,天然蛋白质所处的环境如温度、辐射、,pH,值等发生变化时，会使蛋白质分子结构发生变化，从而导致某些性质的变化。这种现象称为,蛋白质变性。,引起蛋白质变性的因素：,物理因素,包括热 、辐射 、运动 、高压等。,化学因素,包括,pH,值 、表面活性剂 、有机溶质 、有机溶剂 、金属离子等。,蛋白质变性后会引起结构和功能的改变：,改变蛋白质对水结合的能力；,使蛋白质失去生物活性；,由于肽键的暴露，容易使蛋白质受到蛋白酶的攻击，增加对酶水解的敏感性,;,使蛋白质不能结晶。,2,、形成溶胶和凝胶,溶于水的蛋白质能形成稳定的亲水胶体，统称为,蛋白质溶胶,。,常见的豆浆、鸡蛋清、牛奶、肉冻汤等都是蛋白质溶胶。,蛋白质溶胶有较大的吸附能力。,食品中许多蛋白质以,凝胶状态,存在，如新鲜的鱼肉、禽肉、畜瘦肉、皮、筋、水产动物、豆腐制品及面筋制品等，均可看成水分子分散在蛋白质凝胶的网络结构中，它们有一定的弹性、韧性和可加工性。,3,、蛋白质的沉淀作用,蛋白质胶体溶液的稳定性是有条件的、相对的，假若改变环境条件，在中性盐 、有机溶剂 、重金属盐 、生物碱试剂 、热 的作用下，蛋白质分子会发生絮结，形成沉淀析出 。,例如我国传统的做,豆腐,工艺；误服重金属盐的病人，大量口服牛奶、豆浆或蛋清能够解毒等都是利用了蛋白质的沉淀作用原理。,4,、蛋白质能在酸、碱、酶的作用下发生水解作用 。,水解成肽或氨基酸,5,、蛋白质分子能与多种化合物发生特异的化学反应，生成具有特定色泽的产物。,如,双缩脲反应,，蛋白质肽链越长显色越深，由粉红直到蓝紫色。该反应常用于蛋白质的定性、定量及水解进程鉴定。,二、蛋白质的功能性质和影响因素,所谓蛋白质的功能性质通常是指,蛋白质的水化性、粘着性、胶凝作用、乳化性、发泡性等。,这些性质对食品的加工条件、加工过程及色香味型质地等均有很重要的影响。,1,、水化性质：,指食品蛋白质结合吸收水的能力。,蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键，或氨基酸的侧链同水分子之间发生了相互作用。,（一）蛋白质的功能性质,由于一般食品均是水化的固态体系，因此食品蛋白的水化性质在很大程度上决定食品的加工特性。,2,、溶解度：,指蛋白质在水中的溶解性能。,从实用的观点来看，溶解度对于确定从天然原料提取和纯化蛋白质的最佳条件以及分离蛋白质的各个成分是非常有用的。,3,、粘度：,对蛋白质溶液流动性能的量度。 在,饮料、汤、酱和奶油,这样的流体食品中，蛋白质体系的粘度和稠度是重要的功能性质。,4,、凝胶作用：,当变性的分子聚集以形成一个有规则的蛋白质网时，此过程称为蛋白质的,凝胶作用,。,对于某些蛋白质，,凝胶作用,是非常重要的功能性质，它在许多食品的制备中起着一个重要的作用，这些食品包括各种乳品、凝结蛋白、明胶凝胶、各种不同的加热和剁碎的肉和边产品、大豆蛋白质凝胶等。,5,、,织构化（组织化）：,在许多食品体系中，蛋白质是构成食品结构和质地的基础。,一般蛋白质织构化的方法有：,（,1,）热凝固和薄膜形成：,豆浆在,95,保持几小时，表面会形成一层薄膜，如腐竹的生产。,（,2,）纤维形成：,纤维纺丝。如大豆蛋白纺丝：在,pH10,时制备高浓度,10-40%,的纺丝溶液脱气澄清通过管蕊板，每平方厘米,1000,孔，孔径为,50-150m,酸性氯化钠溶液（等电沉淀或盐析）压缩成品。,（,3,）热塑挤压：,使蛋白质中的含水量为,10-30%,，在,10000-20000kPa,的高压下，使其在,20-150s,内温度升高到,150-200,。挤压通过蕊板。,6,、面团形成：,存在于小麦谷粒胚乳中的,面筋蛋白质,有一个特殊性质，即当它们在室温下与水一起混合和揉搓时具有形成一种,非常粘稠的糊状物或“面团“,的能力。这是面粉转变成面团和通过发酵及倍烤进一步转变成面包的基础。,除了,面筋蛋白质,，面粉中还含有淀粉颗粒、戊糖胶、极性和非极性脂肪及可溶性蛋白质，所有这些组分都对面团网的形成和,(,或,),面包的最后结构作出了贡献。,7,、乳状液：,一些蛋白可以通过乳化使食品稳定。 许多食品是乳状液,(,乳、奶油、冰淇淋等,),，而蛋白质组分在稳定这些胶体体系中起着一种重要的作用。,天然牛乳乳状液是由,脂肪球“膜“稳定的,，此膜是由依次吸附着的三酰基甘油、磷脂、不溶解的脂蛋白和可溶解的蛋白质所构成。,8,、起泡性质：,在食品体系中蛋白质起泡的现象非常常见，如蛋糕、棉花糖、蛋奶酥、啤酒泡沫、面包等。蛋白质泡沫其实质蛋白质在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物。,一些食品泡抹是非常复杂的胶体体系。例如，,冰淇淋,含有由分散成群的脂肪球,大多数是固体,),构成乳状液，由分散的冰晶构成悬浊液。,9,、 风味结合性质：,蛋白质可以使食品中的,挥发性风味化合物,在贮藏及加工过程中不发生变化，并在进入口,腔时完全不失真的释放出来。,10,、蛋白质的改性,蛋白质的改性,是指通过采用物理、化学、酶学等方法使蛋白质的组成、大小、所带基团及分子结构发生变化，从而改变蛋白质理化性质和生物活性的过程。,蛋白质改性的目的是扩大蛋白资源范围，为食品加工提供可利用的蛋白原料。,改性常用的方法包括,化学改性,和,酶法改性。,1,）化学改性,a.,酸或碱的有限水解：,利用酸或碱的催化作用将蛋白质部分水解，可以增加蛋白质的溶解度，从而提高其持水性、乳化性和起泡性等，也可提高人体的吸收利用程度。,b.,磷酸化：,蛋白质的磷酸化可以通过,POCl,3,或三聚磷酸钠与蛋白质的反应而实现。蛋白质分子链上所带的羟基、氨基、羧基可以与反应物发生酯化而带上磷酸基或发生交联。,c.,酰基化：,利用乙酸酐、琥珀酸酐等物质与蛋白质反应，可以将酰基结合于蛋白分子中的羟基、氨基、巯基等基团上而导致酰基化。,当在蛋白质分子中引入,乙酰基或琥珀酰基,后，会导致蛋白分子伸展、亚基间解离的趋势增加，从而导致蛋白的溶解度、乳化力和脂肪吸收容量等性能得到改善。,蛋白质的酰基化,还可除去一些抗营养因子。如豆类食物中的植酸，主要由蛋白质带入体内，而将豆类中的蛋白分子酰基化后，可以大大降低与植酸的结合能力，使植酸游离而形成植酸钙而去除。,2,）酶法改性,a.,酶法水解：,利用蛋白水解酶，可对不同来源的蛋白质进行水解，提高其溶解性能，增加体内的吸收；也可以降低蛋白的乳化性和起泡性；还可以得到多种具有特殊作用的功能肽类物质。,b.,胃合蛋白反应,胃合蛋白指蛋白质部分水解后，再经木瓜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶作用而形成的相对分子量高的多肽。,胃合蛋白反应,指一组反应，包括蛋白质的最初水解，肽键的重新合成等；由于胃合蛋白的结构和氨基酸顺序不同于原始的蛋白质，因此它们的功能性质也发生了变化。,如当,L-,蛋氨酸或赖氨酸加入后，能共价地并入新形成的多肽，因此利用胃合蛋白反应能提高,蛋氨酸或赖氨酸缺乏,的蛋白质的营养价值。,c.,蛋白交联：,转谷氨酰胺酶能在蛋白质分子间引入共价交联。该酶催化酰基转移反应，导致赖氨酰残基经,异肽键,与,谷氨酰胺,残基形成共价交联，产生新形式的蛋白质以满足食品加工的需要：,（二）影响蛋白质功能性质的因素,1,、理化因素的影响：,1,）调节蛋白溶液的,pH,接近,pI,或加入盐，可使蛋白凝聚，,降低,蛋白,溶解度,及,乳化性能,;,2,）用阳离子交换树脂处理蛋白质（如乳清蛋白），可以降低蛋白中,Ca,2+,、K,+,、Na,+,离子含量，,提高,蛋白的,胶凝性和起泡性,;,3,）酸性或碱性条件可以促使蛋白质和金属离子结合，,降低蛋白质在水中的溶解度,;,4,）制备蛋白质时适当控制碱性，可使,蛋白质溶解性能提高,。如酪蛋白及大豆蛋白的制备。,5,）腌肉时加入,聚磷酸盐,，可使蛋白中,Ca,2+,离子聚合析出，蛋白质结构松散，增加持水性。,6,）当蛋白质溶液,脱水至干,特别是高温脱水时，可导致蛋白质溶解度和表面活性剧烈降低。,7,）充分磨碎蛋白质粉末，可提高蛋白的吸水性、溶解性、脂肪吸收及起泡性。,8,）冷冻可以使蛋白质变硬，溶解度降低。,2,、酶处理的影响,利用蛋白水解酶处理，可,提高蛋白质的水溶性、生物利用度及营养价值,，也可增加蛋白的胶凝性和起泡性。,3,、改性的影响：,改性直接影响蛋白质的食品功能。,三、蛋白质的营养性质,1,、蛋白质的质量,蛋白质的质量主要取决于它的,必需的氨基酸的组成,和,消化率,。,如果蛋白质或蛋白质混合物含有所有的必需氨基酸，并且它们的含量,(,或比例,),使人体具有最佳的生长速度或最佳的保持健康的能力，那么此蛋白质或蛋白质混合物具有理想的营养质量。,但在我们通常的食物中，主要品种谷类和豆类蛋白质往往缺乏至少一种必需氨基酸。如果蛋白质缺乏一种必需氨基酸，那么将它与富含此种必需氨基酸的另一种蛋白质混合就能提高它的营养质量。,这就是要吃混合食物的原因。,2,、消化率,蛋白质消化率,是指人体从食品蛋白质吸收的氮占摄入的氮的比例。虽然必需氨基酸的含量是蛋白质质量的主要指标，然而蛋白质的真实质量也取决于这些氨基酸在体内被利用的程度。,蛋白质的结构,、,蛋白质中含有的抗营养因子,、,蛋白质与多糖及食用纤维相互 结合程度,和,对蛋白质进行加工的方法,均影响其消化率。,第三节 加工对食品蛋白的影响,一、加热：,1,、加热对食品质量有利的方面：,1,）可以使食品中的酶（包括各类水解酶、氧化酶等）失活，防止食品产生不需要的颜色；防止风味、质地变化和营养成分的分解;,2,）使得食品中的一些蛋白质毒素、抗营养因子和人体酶抑制（蛋白）因,子（如豆科植物中存在的胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶抑制蛋白）变性失活，降低食品毒性。,3,）可以使食品中一些蛋白质（如大豆球蛋白、胶原蛋白、卵清蛋白等）易于消化;,4),风味改善，,Maillard,反应。,2,、加热对食品质量不利的方面：,1,）高温可使氨基酸发生分解（如脱硫、脱酰胺等）或其它化学改性，营养降低；,2,）可使氨基酸发生异构化反应，生成不能被人体吸收利用的,D-,型氨基酸,；,3,）可引起蛋白质、肽分子发生,交联反应，,降低营养价值或引起人体的某些反应。,4),生成有毒物质,：如色氨酸,200,加热形成,咔啉,(,一种生物碱）。,虾兵蟹将,二、碱处理,碱,+,热处理显著影响营养价值。,1,、,AA,破坏，肽链交联,在碱性条例下加热，蛋白质中的氨基酸会形成,脱氢丙氨酸（,DHA,）,。,DHA,可和,Lys,、,鸟氨酸、半胱氨酸发生反应产生蛋白质交联。,DHA,还与,Arg,、,His,、,Thr,、,Ser,、,Phe,、,Trp,缩合形成衍生物。,大鼠试验：取食,LYS,丙氨酸（,LAL,）,后腹泻、胰增生，毛发减少，肾增大和钙化。,2,、异构化,L-,氨基酸转变成,D,氨基酸,三、辐射：, ,辐射可以引起食品蛋白或多肽的共价交联或肽链断裂，产生营养和安全的问题。,四、氧化：,食品加工中常用的,脱色剂、漂白剂、消毒杀菌剂,常是一些氧化性物质，它们应用到食品中常可引发一些氧化反应。这些氧化反应或反应中形成的中间产物（如过氧化物）常可使蛋白质发生降解或变性。,五、冷冻加工,冷冻和解冻过程都会破坏蛋白质的空间结构，使蛋白质变性，表现为肌肉僵硬，持水力下降。,解冻时有营养流失,。,六、脱水与干燥,干燥（不是很高温度）不会降低蛋白质营养性质，但会改变风味和复水性，硬度升高。,滚筒干燥和喷雾干燥会造成,AA,特别是,Lys,损失，如牛乳，不过牛乳中,Lys,较多，为非限制性,AA,。,七、美拉德反应：,通过反应降低氨基酸含量。,The End,